KR102480661B1 - Battery pack cooling system - Google Patents

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노은석
이승률
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에이치앤씨모빌리티 주식회사
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Abstract

The present invention relates to a battery pack cooling system for cooling a battery pack included in an electric vehicle. The system includes: a plurality of battery modules housed in a battery pack housing and including battery cells each forming a plurality of rows; a duct forming an air passage between an intake port and an exhaust port and extended to at least one side of the battery module; a heat pipe extended into the battery module to come in contact with the battery cells at both sides; and a heat sink installed in the duct, receiving heat from the heat pipe, and dissipating the heat.

Description

배터리 팩 쿨링 시스템{BATTERY PACK COOLING SYSTEM}Battery pack cooling system {BATTERY PACK COOLING SYSTEM}

본 발명은 전기차에 구비된 배터리 팩을 냉각하기 위한 배터리 팩 쿨링 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a battery pack cooling system for cooling a battery pack included in an electric vehicle.

근래에 전기차의 수요가 많아지면서, 전기차에 필수적으로 구비되며 반복적인 가능한 고성능 이차 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.Recently, as the demand for electric vehicles increases, research on high-performance secondary batteries that are essential for electric vehicles and that can be repeated has been actively conducted. Currently commercialized secondary batteries include nickel cadmium batteries, nickel hydrogen batteries, nickel zinc batteries, and lithium secondary batteries. It is in the limelight because of its very low self-discharge rate and high energy density.

이러한 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차 전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 전지 하우징을 구비한다.These lithium secondary batteries mainly use lithium-based oxides and carbon materials as positive electrode active materials and negative electrode active materials, respectively. A lithium secondary battery includes an electrode assembly in which a positive electrode plate and a negative electrode plate coated with such a positive electrode active material and a negative electrode active material are disposed with a separator therebetween, and an exterior material that seals and houses the electrode assembly together with an electrolyte, that is, a battery housing.

일반적으로 리튬 이차 전지는 외장재의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 이차 전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차 전지로 분류될 수 있다.In general, lithium secondary batteries can be classified into cylindrical secondary batteries in which electrode assemblies are embedded in metal cans and pouch-type secondary batteries in which electrode assemblies are embedded in pouches of aluminum laminate sheets, depending on the shape of an exterior material.

자동차와 같은 중대형 장치에 이차 전지가 이용되는 경우, 용량 및 출력을 높이기 위해 많은 수의 이차 전지가 전기적으로 연결된다. 특히, 이러한 중대형 장치에는 적층이 용이하다는 장점으로 인해 파우치형 이차 전지가 많이 이용된다. 배터리 모듈은 이처럼 용량 및 출력 등을 높이기 위해 다수의 이차 전지가 직병렬로 연결된 구성요소를 의미한다.When secondary batteries are used in medium- or large-sized devices such as automobiles, a large number of secondary batteries are electrically connected to increase capacity and output. In particular, pouch-type secondary batteries are widely used in such medium- or large-sized devices due to the advantage of easy stacking. A battery module refers to a component in which a plurality of secondary batteries are connected in series and parallel to increase capacity and output.

이와 같은 배터리 모듈을 구성할 때, 주요 이슈 중 하나가 냉각의 문제이다. 이차 전지는 충방전을 반복하는 과정에서 자체적으로 열을 발생시킬 수 있으며, 배터리 모듈은 다수의 이차 전지가 좁은 공간에 밀집되어 있기 때문에 배터리 모듈은 사용 중에 온도가 크게 상승한다. 더욱이, 자동차나 전력저장장치 등과 같은 중대형 장치는 실외에서 사용하는 경우가 많으므로 여름과 같은 고온 상황에서는 이에 장착된 배터리 모듈의 온도는 더욱 크게 상승한다. 그런데, 배터리 모듈에 포함된 이차 전지는 그 온도가 적정 온도보다 높아지는 경우 성능이 저하될 수 있고, 심한 경우 폭발이나 발화의 위험도 있다. 따라서, 배터리 모듈을 구성함에 있어 냉각 성능을 확보하는 것은 매우 중요한 문제이다.When constructing such a battery module, one of the major issues is a cooling problem. The secondary battery may generate heat by itself during the process of repeating charging and discharging, and since a plurality of secondary batteries are concentrated in a small space, the temperature of the battery module greatly rises during use. In addition, since medium and large-sized devices such as automobiles and power storage devices are often used outdoors, the temperature of the battery module mounted therein increases significantly in high-temperature conditions such as summer. However, when the temperature of the secondary battery included in the battery module is higher than an appropriate temperature, performance may deteriorate, and in severe cases, there is a risk of explosion or ignition. Therefore, securing cooling performance is a very important issue in constituting a battery module.

배터리 모듈의 냉각 방식에는 크게 공냉식과 수냉식, 두 가지를 들 수 있는데, 수냉식의 경우, 냉각핀(Cooling Fin)이 요구되며, 이에 따라 다수의 누수지점(Leak Point)이 생겨 제품 안정성에 많은 영향을 미친다. 또한, 기존에는 간접 냉각을 이용하는 것이 보편적이며, 간접 냉각은 냉각 효율이 저하되는 문제점이 있다.There are two main cooling methods for battery modules: air-cooling and water-cooling. In the case of water-cooling, cooling fins are required, which creates a large number of leak points, which greatly affects product stability. Crazy. In addition, conventionally, indirect cooling is commonly used, and indirect cooling has a problem in that cooling efficiency is lowered.

한편, 대한민국 등록특허 제10-1936962호는 공기 냉각 방식을 사용하는 전기차의 배터리 냉각 시스템을 개시하였다. 상기 특허문헌에서는 각각의 배터리 팩에 개별적으로 외부와 연결되는 덕트를 구비하여 냉각을 수행한다. 그러나 이 경우 서로 분리된 덕트를 별도로 구비하여야 하므로 배터리 설계 구조가 복잡해진다는 문제점이 있다. 이에, 배터리 팩 하우징 내에 연통된 덕트 구조를 사용하더라도 전체 배터리 팩의 냉각 효율을 극대화할 수 있는 기술이 요구된다.Meanwhile, Korean Patent Registration No. 10-1936962 discloses a battery cooling system for an electric vehicle using an air cooling method. In the patent document, each battery pack is provided with a duct individually connected to the outside to perform cooling. However, in this case, since separate ducts must be separately provided, there is a problem in that the battery design structure becomes complicated. Accordingly, a technology capable of maximizing the cooling efficiency of the entire battery pack is required even when a duct structure communicated within the battery pack housing is used.

대한민국 등록특허 제10-1936962호(2019.01.09. 공고)Republic of Korea Patent Registration No. 10-1936962 (2019.01.09. Notice)

본 발명의 목적은 배터리 팩 하우징 내에 연통된 덕트 구조를 사용하더라도 전체 배터리 팩의 냉각 효율을 극대화할 수 있는, 배터리 팩 쿨링 시스템을 제공함에 있다.An object of the present invention is to provide a battery pack cooling system capable of maximizing cooling efficiency of an entire battery pack even when a duct structure communicated within a battery pack housing is used.

위와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 전기차에 구비된 배터리 팩을 냉각하기 위한 배터리 팩 쿨링 시스템에 관한 것이다. 상기 시스템은, 배터리 팩 하우징에 수납되며, 각각이 복수의 열을 이루는 배터리 셀들을 포함하는 복수의 배터리 모듈; 흡입구와 배기구 사이에 공기 유동 경로를 형성하며, 상기 배터리 모듈의 적어도 일 측부로 연장된 덕트; 상기 배터리 셀들과 양면에서 접촉하도록 상기 배터리 모듈 내로 연장된 히트 파이프; 및 상기 덕트에 설치되며, 상기 히트 파이프로부터 열을 전달받아 방열하는 히트 싱크를 포함할 수 있다.The present invention for solving the above problems relates to a battery pack cooling system for cooling a battery pack included in an electric vehicle. The system includes: a plurality of battery modules housed in a battery pack housing and including battery cells each forming a plurality of rows; a duct forming an air flow path between an intake port and an exhaust port and extending to at least one side of the battery module; a heat pipe extending into the battery module to contact the battery cells at both sides; and a heat sink installed in the duct to receive and dissipate heat from the heat pipe.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 배터리 셀은 원통형 배터리 형태를 가지며, 상기 히트 파이프는, 상기 히트 파이프가 접촉하는 배터리 셀들의 외주면에 대응하는 파형의 접촉면을 가질 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the battery cell may have a cylindrical battery shape, and the heat pipe may have a contact surface having a waveform corresponding to outer circumferential surfaces of the battery cells with which the heat pipe contacts.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 히트 싱크는 상기 배터리 모듈의 양측에 각각 배치되어 상기 배터리 모듈의 양측으로 방열이 수행될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the heat sink may be disposed on both sides of the battery module to dissipate heat to both sides of the battery module.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 히트 파이프는, 상기 배터리 모듈의 일측에 배치된 히트 싱크로 열을 전달하는 제1 히트 파이프, 및 상기 배터리 모듈의 타측에 배치된 히트 싱크로 열을 전달하는 제2 히트 파이프를 포함하며, 상기 제1 히트 파이프와 상기 제2 히트 파이프 사이에는 갭이 존재할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the heat pipe includes a first heat pipe that transfers heat to a heat sink disposed on one side of the battery module, and a second heat pipe that transfers heat to a heat sink disposed on the other side of the battery module. A gap may exist between the first heat pipe and the second heat pipe.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 히트 싱크는 상기 덕트 내에 수납될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the heat sink may be housed in the duct.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 히트싱크는 관형 외부 하우징을 구비하고, 상기 덕트는 인접한 상기 히트 싱크의 관형 외부 하우징을 연결하는 덕트 요소를 포함하며, 상기 덕트는 상기 관형 외부 하우징과 상기 덕트 요소의 연결에 의해 형성될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the heat sink has a tubular outer housing, the duct includes a duct element connecting adjacent tubular outer housings of the heat sink, and the duct includes the tubular outer housing and the duct element. It can be formed by the connection of

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 히트 싱크는 상기 덕트의 길이방향으로 연장되고 상하로 배열된 복수의 방열판을 구비할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the heat sink may include a plurality of heat sinks extending in the longitudinal direction of the duct and arranged vertically.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 히트 파이프의 표면은 TAC(Tech Arc Coating) 공법으로 산화피막 처리될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the surface of the heat pipe may be treated with an oxide film using a Tech Arc Coating (TAC) method.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 배터리 팩 하우징의 내부 공간은 상기 덕트의 공기 유동 경로와 분리될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the inner space of the battery pack housing may be separated from the air flow path of the duct.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 덕트는 상기 흡입구로부터 상기 배터리 모듈의 양 측부로 연장되어 복수의 공기 유동 경로를 형성하며, 상기 배기구는 복수개 구비되어 상기 복수의 공기 유동 경로를 통과한 공기가 상기 복수개의 배기구를 통해 동시에 배출될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the duct extends from the inlet to both sides of the battery module to form a plurality of air flow paths, and the exhaust outlet is provided in plurality so that the air passing through the plurality of air flow paths It can be discharged simultaneously through a plurality of exhaust ports.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 흡입구는 상기 전기차의 전방을 향하도록 설치되고, 상기 배기구는 상기 전기차의 후방을 향하도록 설치되어, 전기차 주행 중 흡입구로 외부 공기가 자연 유입될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the air inlet is installed to face the front of the electric vehicle, and the exhaust port is installed to face the rear of the electric vehicle, so that outside air can naturally flow into the air inlet while the electric vehicle is driving.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 덕트의 상기 흡입구 측에는 흡입팬이 설치되며, 상기 배터리 팩 쿨링 시스템은 상기 흡입팬의 구동을 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는, 상기 전기차의 주행 속도를 획득하고, 상기 주행 속도가 설정 속도 이하이면 상기 흡입팬을 가동시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a suction fan is installed on the suction port side of the duct, and the battery pack cooling system includes a controller for controlling driving of the suction fan, and the controller obtains a traveling speed of the electric vehicle. And, when the driving speed is less than the set speed, the suction fan can be operated.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 덕트는 상기 흡입팬을 경유하지 않는 바이패스 통로를 구비하며, 상기 바이패스 통로에는 힌지 회전 가능한 댐퍼 플레이트가 설치되며, 상기 댐퍼 플레이트는 상기 자연 유입되는 공기의 압력에 의해 회전하면서 외부 공기가 상기 바이패스 통로로 유동할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the duct has a bypass passage that does not pass through the suction fan, and a hinge rotatable damper plate is installed in the bypass passage, and the damper plate reduces the pressure of the naturally introduced air. External air may flow into the bypass passage while rotating by.

본 발명에 따르면, 각 배터리 모듈별로 할당되는 히트 파이프를 통해 배터리 모듈 단위로 발생하는 열을 히트 싱크로 빠르게 이동시킴으로써 전체 배터리 팩의 냉각 효율을 극대화할 수 있다.According to the present invention, the cooling efficiency of the entire battery pack can be maximized by quickly transferring heat generated in each battery module unit to a heat sink through heat pipes allocated to each battery module.

또한, 히트 싱크를 분할된 덕트 요소 사이에 장착하여 공기 유동 경로를 형성함으로써 히트 파이프로부터 전달되는 열을 효과적으로 방열할 수 있다.In addition, heat transferred from the heat pipe may be effectively dissipated by mounting the heat sink between the divided duct elements to form an air flow path.

또한, 히트 파이프의 표면을 산화피막 처리하여 열방사율을 증대시킬 수 있다.In addition, heat radiation may be increased by treating the surface of the heat pipe with an oxide film.

또한, 전기차 주행 중 덕트의 흡입구로 자연 유입되는 공기를 냉각에 이용할 수 있으며, 주행 속도에 따라 흡입팬의 가동을 조절하여 전력을 효율적으로 사용할 수 있다.In addition, while the electric vehicle is driving, the air that naturally flows into the intake of the duct can be used for cooling, and power can be efficiently used by adjusting the operation of the intake fan according to the driving speed.

도 1은 본 발명에 따른 배터리 팩 쿨링 시스템의 배터리 모듈 및 이를 냉각하기 위한 구성들을 도시한 부분 절개도이다.
도 2는 도 1의 배터리 모듈들이 모여 구성된 배터리 팩, 및 전체 덕트 구조를 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 양태에 따른, 히트 싱크가 덕트에 장착되어 공기 유동 경로를 형성한 구조를 도시한 부분 사시도이다.
도 5는 도 4의 분해도, 및 히트 싱크와 덕트 결합 부분의 측단면도이다.
도 6의 (a)는 본 발명의 일 양태에 따른 히트 파이프의 구조를, 도 6의 (b)는 도 6의 (a)의 히트 파이프의 열 분포 상태를 각각 도시한 도면이다.
도 7의 (a)는 본 발명의 다른 양태에 따른 히트 파이프의 구조를, 도 7의 (b)는 도 7의 (a)의 히트 파이프의 열 분포 상태를 각각 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 외부 공기 유입 구조를 개략적으로 도시한 측단면도이다.1 is a partial cutaway view showing a battery module of a battery pack cooling system according to the present invention and components for cooling the battery module.
FIG. 2 is a perspective view illustrating a battery pack composed of battery modules of FIG. 1 and an entire duct structure.
Figure 3 is a plan view of Figure 2;
4 is a partial perspective view illustrating a structure in which a heat sink is mounted on a duct to form an air flow path according to another aspect of the present invention.
FIG. 5 is an exploded view of FIG. 4 and a cross-sectional side view of a heat sink and a duct joint.
FIG. 6(a) is a diagram illustrating a structure of a heat pipe according to an aspect of the present invention, and FIG. 6(b) is a diagram illustrating a heat distribution state of the heat pipe of FIG. 6(a).
FIG. 7 (a) is a diagram illustrating a structure of a heat pipe according to another aspect of the present invention, and FIG. 7 (b) is a diagram showing a heat distribution state of the heat pipe of FIG. 7 (a).
8 is a side cross-sectional view schematically illustrating an external air intake structure according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 설명한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.Hereinafter, specific details for the practice of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. And, in the description of the present invention, if it is determined that the related known function may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention as an obvious matter to those skilled in the art, the detailed description thereof will be omitted.

도 1은 본 발명에 따른 배터리 팩 쿨링 시스템의 배터리 모듈 및 이를 냉각하기 위한 구성들을 도시한 부분 절개도이다. 도 2는 도 1의 배터리 모듈들이 모여 구성된 배터리 팩, 및 전체 덕트 구조를 도시한 사시도이다. 도 3은 도 2의 평면도이다.1 is a partial cutaway view showing a battery module of a battery pack cooling system according to the present invention and components for cooling the battery module. FIG. 2 is a perspective view illustrating a battery pack composed of battery modules of FIG. 1 and an entire duct structure. Figure 3 is a plan view of Figure 2;

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 팩 쿨링 시스템은 전기차에 구비된 배터리 팩을 냉각하기 위한 것으로서, 배터리 모듈(10), 덕트(20), 히트 파이프(30), 및 히트 싱크(40)를 포함한다.1 to 3, a battery pack cooling system according to the present invention is for cooling a battery pack included in an electric vehicle, and includes a battery module 10, a duct 20, a heat pipe 30, and a heat sink. (40).

배터리 모듈(10)은 배터리 팩 하우징(60)에 수납되며, 각각이 복수의 열을 이루는 배터리 셀들(11)을 포함한다. 배터리 셀(11)은 원통형 배터리 형태를 가질 수 있다. 배터리 모듈(10)은 배터리 셀들(11)이 m x n 배열을 이루는 매트릭스 형태로 배열되며, 복수의 배터리 모듈(10)이 모여 배터리 팩을 구성한다. 배터리 모듈(10)은 배터리 모듈 하우징(50)에 수납된다. 배터리 모듈 하우징(50)는 각 배터리 모듈(10)을 수납하되, 인접하는 배터리 모듈(10)을 분리 수납한다. 배터리 모듈 하우징(10)의 내부 공간은 덕트(20)의 공기 유동 경로와 분리된다. 복수의 배터리 모듈(10)로 구성된 배터리 팩, 및 덕트(20)는 배터리 팩 하우징(60)에 수납된다. 배터리 팩 하우징(60)의 내부 공간은 배터리 모듈 하우징(10)의 내부 공간 및 덕트(20)의 공기 유동 경로와 분리된다.The battery module 10 is accommodated in the battery pack housing 60 and includes battery cells 11 each forming a plurality of rows. The battery cell 11 may have a cylindrical battery shape. In the battery module 10, battery cells 11 are arranged in a matrix form in an mxn array, and a plurality of battery modules 10 are gathered to form a battery pack. The battery module 10 is housed in the battery module housing 50 . The battery module housing 50 accommodates each battery module 10 and separately accommodates adjacent battery modules 10 . The inner space of the battery module housing 10 is separated from the air flow path of the duct 20 . A battery pack composed of a plurality of battery modules 10 and the duct 20 are housed in the battery pack housing 60 . The inner space of the battery pack housing 60 is separated from the inner space of the battery module housing 10 and the air flow path of the duct 20 .

덕트(20)는 흡입구(21)와 배기구(22) 사이에 공기 유동 경로를 형성하며, 배터리 모듈(10)의 적어도 일 측부로 연장된다. 덕트(20)의 흡입구(21) 측에는 흡입팬(23)(도 9에 도시됨)이 설치되어 외부의 공기를 덕트(20) 내로 유입시킨다. 덕트(20) 내로 공기가 유동하면서 복수의 배터리 모듈(10)이 냉각된다. 덕트(20)는 흡입구(21)로부터 배터리 모듈(10)의 양 측부로 연장되어 복수의 공기 유동 경로를 형성하며, 배기구(22)는 복수개 구비되어 상기 복수의 공기 유동 경로를 통과한 공기가 복수개의 배기구(22)를 통해 동시에 배출된다.The duct 20 forms an air flow path between the intake port 21 and the exhaust port 22 and extends to at least one side of the battery module 10 . A suction fan 23 (shown in FIG. 9 ) is installed on the suction port 21 side of the duct 20 to introduce air from the outside into the duct 20 . The plurality of battery modules 10 are cooled while air flows into the duct 20 . The duct 20 extends from the intake port 21 to both sides of the battery module 10 to form a plurality of air flow paths, and a plurality of exhaust ports 22 are provided so that the air passing through the plurality of air flow paths It is discharged simultaneously through the exhaust port 22 of the dog.

상세하게는, 복수의 배터리 모듈(10)은 덕트(20)의 흡입구(21)와 배기구(22) 사이의 제1 열로 배열된 제1 배터리 모듈 그룹(110), 및 상기 제1 열의 측부에서 흡입구(21)와 배기구(22) 사이의 제2 열로 배열된 제2 배터리 모듈 그룹(120)으로 나눠진다. 덕트(20)는 제1 및 제2 배터리 모듈 그룹(120) 각각의 양 측부로 분기되어 연장될 수 있다.In detail, the plurality of battery modules 10 include a first battery module group 110 arranged in a first row between the intake port 21 and the exhaust port 22 of the duct 20, and the intake port at the side of the first row. It is divided into a second battery module group 120 arranged in a second row between (21) and the exhaust port (22). The duct 20 may branch and extend to both sides of each of the first and second battery module groups 120 .

히트 파이프(30)는 배터리 셀들(11)과 양면에서 접촉하도록 배터리 모듈(10) 내로 연장된다. 히트 파이프(30)는 히트 싱크(40)를 향해 연장되어, 배터리 모듈(10)에서 발생하는 열을 히트 싱크(40)로 전달한다. 히트 파이프(30)는, 상기 히트 파이프(30)가 접촉하는 배터리 셀들(11)의 외주면에 대응하는 파형의 접촉면(31)을 갖는다. 히트 파이프(30)의 표면은 TAC(Tech Arc Coating) 공법으로 산화피막 처리되어, 히트 파이프(30)의 내식성뿐만 아니라 열방사율을 증대시킬 수 있다. 히트 파이프(30)의 양측 단부에는 히트 파이프(30)를 히트 싱크(40)에 부착하기 위해 구부러진 형태의 부착면(32)이 형성되어 있다. 히트 파이프(30)은 서멀패드(미도시)를 볼팅하여 부착하는 방식으로 히트 싱크(40)에 부착될 수 있다.The heat pipe 30 extends into the battery module 10 to contact the battery cells 11 on both sides. The heat pipe 30 extends toward the heat sink 40 and transfers heat generated in the battery module 10 to the heat sink 40 . The heat pipe 30 has a contact surface 31 having a waveform corresponding to the outer circumferential surfaces of the battery cells 11 with which the heat pipe 30 contacts. The surface of the heat pipe 30 is treated with an oxide film using a Tech Arc Coating (TAC) method, so that corrosion resistance and thermal emissivity of the heat pipe 30 may be increased. At both ends of the heat pipe 30 , curved attachment surfaces 32 are formed to attach the heat pipe 30 to the heat sink 40 . The heat pipe 30 may be attached to the heat sink 40 by bolting a thermal pad (not shown).

히트 파이프(30)의 양측으로 접촉하는 배터리 셀들(11)을 제1 배터리 셀 어레이(10a)과 제2 배터리 셀 어레이(10b)라 하면, 히트 파이프(30)의 접촉면(31)은 제1 배터리 셀 어레이(10a)과 접촉하는 제1 접촉면, 및 제2 배터리 셀 어레이(10b)과 접촉하는 제2 접촉면을 포함한다. 이를 통해, 하나의 히트 파이프(30)로 히트 파이프(30) 양측의 제1 및 제2 배터리 셀 어레이(10a, 10b)를 모두 방열시킬 수 있다. If the battery cells 11 in contact with both sides of the heat pipe 30 are referred to as a first battery cell array 10a and a second battery cell array 10b, the contact surface 31 of the heat pipe 30 is the first battery cell array 10a and the second battery cell array 10b. It includes a first contact surface contacting the cell array 10a and a second contact surface contacting the second battery cell array 10b. Through this, it is possible to dissipate heat from both the first and second battery cell arrays 10a and 10b on both sides of the heat pipe 30 with one heat pipe 30 .

히트 싱크(40)는 덕트(20)에 설치되며, 배터리 모듈(10)의 측부에 배치되고 히트 파이프(30)로부터 열을 전달받아 방열한다. 히트 싱크(40)의 표면은 TAC(Tech Arc Coating) 공법으로 산화피막 처리되어, 히트 싱크(40)의 내식성뿐만 아니라 열방사율을 증대시킬 수 있다. 히트 싱크(40)는 배터리 모듈(10)의 양측에 각각 배치되어 배터리 모듈(10)의 양 측부로 방열이 수행될 수 있다. 이에 따라, 각 배터리 모듈(10)에서 발생하는 열이 대칭적으로 분리되어 배터리 모듈(10) 양측의 히트 싱크(40)에 분산될 수 있다. 본 발명의 일 양태에 따르면, 히트 싱크(40)는 덕트(20) 내에 수납될 수 있다. 본 발명의 다른 양태에 따른 히트 싱크(40b) 구조를 설명하면 다음과 같다.The heat sink 40 is installed in the duct 20, is disposed on the side of the battery module 10, and receives heat from the heat pipe 30 to dissipate heat. The surface of the heat sink 40 is treated with an oxide film using a Tech Arc Coating (TAC) method, so that corrosion resistance of the heat sink 40 as well as thermal emissivity may be increased. Heat sinks 40 may be disposed on both sides of the battery module 10 to dissipate heat to both sides of the battery module 10 . Accordingly, heat generated in each battery module 10 can be symmetrically separated and distributed to the heat sinks 40 on both sides of the battery module 10 . According to one aspect of the present invention, the heat sink 40 may be housed within the duct 20 . A structure of the heat sink 40b according to another aspect of the present invention will be described.

도 4는 본 발명의 다른 양태에 따른, 히트 싱크가 덕트에 장착되어 공기 유동 경로를 형성한 구조를 도시한 부분 사시도이다. 도 5의 (a)는 도 4의 분해도이며, 도 5의 (b)는 도 4의 히트 싱크와 덕트 결합 부분의 측단면도이다.4 is a partial perspective view illustrating a structure in which a heat sink is mounted on a duct to form an air flow path according to another aspect of the present invention. Figure 5 (a) is an exploded view of Figure 4, Figure 5 (b) is a cross-sectional side view of the heat sink and the duct coupling portion of Figure 4.

도 4 및 도 5의 (a), (b)를 참조하면, 덕트(20)는 서로 이격된 복수의 덕트 요소(25)를 포함할 수 있다. 히트 싱크(40b)는 관형 외부 하우징(41), 및 관형 외부 하우징(41) 내부에 수납되는 복수의 방열핀(42)을 구비한다. 덕트 요소(25)는 인접한 히트 싱크(40b)의 관형 외부 하우징(41)을 연결한다. 덕트(20)는 관형 외부 하우징(41)과 덕트 요소(25)의 연결에 의해 형성된다. 복수의 방열핀(42)은 덕트(20)의 길이방향으로 연장되며 상하로 배열된다. 방열핀(42)은 플레이트 형상으로 형성되며, 공기 유동 경로 방향으로 배향되어 효율적인 방열이 가능해진다. 덕트 요소(25)는 덕트 바디(25a) 및 덕트 바디(25a)보다 큰 단면을 갖는 끼움부(25b)를 포함한다. 덕트 요소(25)의 덕트 바디(25a)와 끼움부(25b) 사이로 관형 외부 하우징(41)이 끼워지는 방식으로, 히트 싱크(40b)가 덕트 요소(25)에 장착된다. 히트 싱크(40b)와 덕트 요소(25)는 가스켓(26)을 사이에 두고 결합한다. 가스켓(26)은 고무 재질로 형성될 수 있다.Referring to (a) and (b) of FIGS. 4 and 5 , the duct 20 may include a plurality of duct elements 25 spaced apart from each other. The heat sink 40b includes a tubular outer housing 41 and a plurality of radiating fins 42 accommodated inside the tubular outer housing 41 . The duct element 25 connects the tubular outer housing 41 of the adjacent heat sink 40b. The duct 20 is formed by the connection of the tubular outer housing 41 and the duct element 25 . A plurality of radiating fins 42 extend in the longitudinal direction of the duct 20 and are arranged vertically. The heat dissipation fin 42 is formed in a plate shape and is oriented in the direction of the air flow path to enable efficient heat dissipation. The duct element 25 includes a duct body 25a and a fitting portion 25b having a larger cross section than the duct body 25a. The heat sink 40b is mounted to the duct element 25 in such a way that the tubular outer housing 41 is sandwiched between the duct body 25a and the fitting 25b of the duct element 25 . The heat sink 40b and the duct element 25 are coupled with a gasket 26 interposed therebetween. Gasket 26 may be formed of a rubber material.

도 6의 (a)는 본 발명의 일 양태에 따른 히트 파이프의 구조를, 도 6의 (b)는 도 6의 (a)의 히트 파이프의 열 분포 상태를 각각 도시한 도면이다.FIG. 6(a) is a diagram illustrating a structure of a heat pipe according to an aspect of the present invention, and FIG. 6(b) is a diagram illustrating a heat distribution state of the heat pipe of FIG. 6(a).

도 6의 (a)를 참조하여 본 발명의 일 양태에 따른 히트 파이프(30)의 구조를 설명하면 다음과 같다. 복수개의 히트 파이프(30)은 하나의 히트 싱크(40b)에 부착되되, 일측 부착면(32)만이 히트 싱크(40b)에 부착된다. 도 6의 (b)를 참조하면, 이 경우 배터리 모듈(10)은 히트 싱크(40b)로부터 멀어지는 방향으로 39.7℃ 내지 47.5℃의 온도 분포를 나타낸다.The structure of the heat pipe 30 according to an aspect of the present invention will be described with reference to FIG. 6(a). The plurality of heat pipes 30 are attached to one heat sink 40b, and only one side attachment surface 32 is attached to the heat sink 40b. Referring to (b) of FIG. 6 , in this case, the battery module 10 exhibits a temperature distribution of 39.7° C. to 47.5° C. in a direction away from the heat sink 40b.

도 7의 (a)는 본 발명의 다른 양태에 따른 히트 파이프의 구조를, 도 7의 (b)는 도 7의 (a)의 히트 파이프의 열 분포 상태를 각각 도시한 도면이다.FIG. 7 (a) is a diagram illustrating a structure of a heat pipe according to another aspect of the present invention, and FIG. 7 (b) is a diagram showing a heat distribution state of the heat pipe of FIG. 7 (a).

도 7의 (a)를 참조하여 본 발명의 다른 양태에 따른 히트 파이프(30)의 구조를 설명하면 다음과 같다. 복수개의 히트 파이프(30)은 히트 파이프(30b) 양측의 제1 및 제2 히트 싱크(40b-1, 40b-2)에 부착되되, 히트 파이프(30)는, 배터리 모듈(10)의 일측에 배치된 제1 히트 싱크(40b-1)로 열을 전달하는 제1 히트 파이프(30a), 및 배터리 모듈(10)의 타측에 배치된 제2 히트 싱크(40b-2)로 열을 전달하는 제2 히트 파이프(30b)를 포함한다. 제1 히트 파이프(30a)와 제2 히트 파이프(30b) 사이에는 갭(33)이 존재한다. 도 7의 (b)를 참조하면, 이 경우 배터리 모듈(10)은 30.9℃ 내지 31.9℃의 온도 분포를 나타내며, 도 6의 (b)의 실시예에 비해 더 나은 방열 효과를 보여준다.The structure of the heat pipe 30 according to another aspect of the present invention will be described with reference to (a) of FIG. 7 . The plurality of heat pipes 30 are attached to the first and second heat sinks 40b-1 and 40b-2 on both sides of the heat pipe 30b, and the heat pipes 30 are attached to one side of the battery module 10. The first heat pipe 30a transfers heat to the disposed first heat sink 40b-1, and the first heat pipe 30a transfers heat to the second heat sink 40b-2 disposed on the other side of the battery module 10. 2 heat pipes 30b. A gap 33 exists between the first heat pipe 30a and the second heat pipe 30b. Referring to (b) of FIG. 7 , in this case, the battery module 10 exhibits a temperature distribution of 30.9° C. to 31.9° C., and shows a better heat dissipation effect than the embodiment of FIG. 6 (b).

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 외부 공기 유입 구조를 개략적으로 도시한 측단면도이다.8 is a side cross-sectional view schematically illustrating an external air intake structure according to an embodiment of the present invention.

도 8을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 외부 공기 유입 구조를 설명하면 다음과 같다. 덕트(20)의 흡입구(21)는 전기차의 전방을 향하도록 설치되고, 배기구(22)는 전기차의 후방을 향하도록 설치된다. 전기차 주행 중 흡입구(21)로 외부 공기가 자연 유입된다. 이를 통해, 전기차 주행 중 덕트(20)의 흡입구로 자연 유입되는 공기를 냉각에 이용할 수 있다. 한편, 덕트(20)의 흡입구(21)는 내측으로 직경이 작아지도록 테이퍼지게 형성되어, 자연 유입되는 공기의 속도를 증가시킬 수 있다. Referring to FIG. 8, an external air inlet structure according to an embodiment of the present invention will be described. The intake port 21 of the duct 20 is installed to face the front of the electric vehicle, and the exhaust port 22 is installed to face the rear of the electric vehicle. Outside air is naturally introduced into the intake port 21 while the electric vehicle is driving. Through this, air naturally introduced into the intake of the duct 20 while driving the electric vehicle can be used for cooling. On the other hand, the inlet 21 of the duct 20 is formed to be tapered so as to have a smaller diameter inwardly, so that the speed of naturally introduced air can be increased.

흡입팬(23)은 덕트(20)의 흡입구(21) 측에 설치된다. 흡입팬(23)의 구동은 제어부(200)에 의해 제어된다. 제어부(200)는, 전기차의 주행 속도를 획득하고, 상기 주행 속도가 설정 속도 이하이면 흡입팬(23)을 가동시킬 수 있다. 즉, 주행 속도에 따라 흡입팬의 가동을 조절하여 전력을 효율적으로 사용할 수 있다. 또는, 제어부(200)는, 덕트(20) 내부 온도나 배터리 팩 하우징(60) 내부 온도를 센서를 통해 측정하여, 설정 온도 이상이면 흡입팬(23)을 가동시킬 수 있다.The suction fan 23 is installed on the suction port 21 side of the duct 20. Driving of the suction fan 23 is controlled by the controller 200 . The control unit 200 may obtain the driving speed of the electric vehicle and operate the suction fan 23 when the driving speed is equal to or less than the set speed. That is, power can be efficiently used by adjusting the operation of the suction fan according to the driving speed. Alternatively, the controller 200 may measure the internal temperature of the duct 20 or the internal temperature of the battery pack housing 60 through a sensor and operate the suction fan 23 when the temperature is higher than a set temperature.

덕트(20)는 흡입팬(23)을 경유하지 않는 바이패스 통로를 구비할 수 있다. 상기 바이패스 통로에는 힌지 회전 가능한 댐퍼 플레이트(24)가 설치된다. 댐퍼 플레이트(24)는 전기자 주행 중 자연 유입되는 공기의 압력에 의해 회전하면서 외부 공기가 상기 바이패스 통로로 유동하게 된다.The duct 20 may have a bypass passage that does not pass through the suction fan 23 . A hinge rotatable damper plate 24 is installed in the bypass passage. The damper plate 24 is rotated by the pressure of naturally introduced air while the armature is running, allowing external air to flow into the bypass passage.

상세하게는, 전기차의 주행 속도가 설정 속도를 초과하여 흡입팬(23)을 가동하지 않는 경우, 전기차의 주행 속도로 인해 외부 공기가 덕트(20) 내부로 자연 유입된다. 자연 유입되는 공기의 유압에 의해 댐퍼 플레이트(24)가 회전하여 흡입팬(23)의 측부로 제1 공기 유입 경로(P1)가 형성된다. 전기차의 주행 속도가 설정 속도 이하가 되어 흡입팬(23)을 가동하는 경우, 댐퍼 플레이트(24)는 원위치로 복귀하고 흡입팬(23)을 통과하는 제2 공기 유입 경로(P2)가 형성된다.Specifically, when the driving speed of the electric vehicle exceeds the set speed and the suction fan 23 is not operated, outside air is naturally introduced into the duct 20 due to the driving speed of the electric vehicle. The damper plate 24 is rotated by the hydraulic pressure of naturally introduced air to form a first air introduction path P1 to the side of the suction fan 23 . When the driving speed of the electric vehicle becomes less than the set speed and the suction fan 23 is operated, the damper plate 24 returns to its original position and a second air introduction path P2 passing through the suction fan 23 is formed.

이 분야의 보호범위가 이상에서 명시적으로 설명한 실시예의 기재와 표현에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 자명한 변경이나 치환으로 말미암아 본 발명의 보호범위가 제한될 수도 없음을 다시 한 번 첨언한다.The scope of protection in this field is not limited to the descriptions and expressions of the embodiments explicitly described above. In addition, it is added once again that the protection scope of the present invention cannot be limited due to obvious changes or substitutions in the technical field to which the present invention belongs.

10: 배터리 모듈 10a: 제1 배터리 셀 어레이
10b: 제2 배터리 셀 어레이 11: 배터리 셀
20: 덕트 21: 흡입구
22: 배기구 23: 흡입팬
24: 댐퍼 플레이트 25: 덕트 요소
25a: 덕트 바디 25b: 끼움부
26: 가스켓 30: 히트 파이프
30a: 제1 히트 파이프 30b: 제2 히트 파이프
31: 접촉면 32: 부착면
33: 갭 40, 40b: 히트 싱크
40b-1: 제1 히트 싱크 40b-2: 제2 히트 싱크
41: 관형 외부 하우징 42: 방열핀
50: 배터리 모듈 하우징 60: 배터리 팩 하우징
110: 제1 배터리 모듈 그룹
120: 제2 배터리 모듈 그룹
200: 제어부
P1: 제1 공기 유입 경로
P2: 제2 공기 유입 경로10: battery module 10a: first battery cell array
10b: second battery cell array 11: battery cell
20: duct 21: inlet
22: exhaust port 23: suction fan
24: damper plate 25: duct element
25a: duct body 25b: fitting part
26: gasket 30: heat pipe
30a: first heat pipe 30b: second heat pipe
31: contact surface 32: attachment surface
33: gap 40, 40b: heat sink
40b-1: first heat sink 40b-2: second heat sink
41: tubular outer housing 42: radiation fin
50: battery module housing 60: battery pack housing
110: first battery module group
120: second battery module group
200: control unit
P1: first air intake path
P2: Second air intake path

Claims (13)

전기차에 구비된 배터리 팩을 냉각하기 위한 배터리 팩 쿨링 시스템으로서,
배터리 팩 하우징에 수납되며, 각각이 복수의 열을 이루는 배터리 셀들을 포함하는 복수의 배터리 모듈;
흡입구와 배기구 사이에 공기 유동 경로를 형성하며, 상기 배터리 모듈의 적어도 일 측부로 연장된 덕트;
상기 배터리 셀들과 양면에서 접촉하도록 상기 배터리 모듈 내로 연장된 히트 파이프; 및
상기 덕트에 설치되며, 상기 히트 파이프로부터 열을 전달받아 방열하는 히트 싱크를 포함하며,
상기 덕트는 상기 흡입구로부터 상기 복수의 배터리 모듈의 양 측부로 연장되어 복수의 공기 유동 경로를 형성하며, 상기 배기구는 복수개 구비되어 상기 복수의 공기 유동 경로를 통과한 공기가 상기 복수개의 배기구를 통해 동시에 배출되며,
상기 히트 싱크는 관형 외부 하우징을 구비하고,
상기 덕트는 인접한 상기 히트 싱크의 관형 외부 하우징을 연결하는 덕트 요소를 포함하며,
상기 덕트는 상기 관형 외부 하우징과 상기 덕트 요소의 연결에 의해 형성되며,
상기 덕트 요소는, 덕트 바디 및 상기 덕트 바디보다 큰 단면을 갖는 끼움부를 포함하며, 상기 덕트 바디와 상기 끼움부 사이로 상기 관형 외부 하우징이 끼워지는 방식으로 상기 히트 싱크가 상기 덕트 요소에 장착되며,
상기 덕트의 상기 흡입구 측에는 흡입팬이 설치되고, 상기 덕트는 상기 흡입팬을 경유하지 않는 바이패스 통로를 구비하며,
상기 바이패스 통로에는 힌지 회전 가능한 댐퍼 플레이트가 설치되며, 상기 댐퍼 플레이트는 상기 흡입구로 자연 유입되는 공기의 압력에 의해 회전하면서 외부 공기가 상기 바이패스 통로로 유동하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는, 배터리 팩 쿨링 시스템.
A battery pack cooling system for cooling a battery pack provided in an electric vehicle,
a plurality of battery modules accommodated in the battery pack housing and including battery cells each forming a plurality of rows;
a duct forming an air flow path between an intake port and an exhaust port and extending to at least one side of the battery module;
a heat pipe extending into the battery module to contact the battery cells at both sides; and
A heat sink installed in the duct to receive and dissipate heat from the heat pipe;
The duct extends from the inlet to both sides of the plurality of battery modules to form a plurality of air flow paths, and a plurality of exhaust outlets are provided so that the air passing through the plurality of air flow paths passes through the plurality of outlets at the same time. is emitted,
the heat sink has a tubular outer housing;
the duct includes a duct element connecting adjacent tubular outer housings of the heat sink;
the duct is formed by the connection of the tubular outer housing and the duct element;
The duct element includes a duct body and a fitting portion having a larger cross section than the duct body, and the heat sink is mounted to the duct element in such a way that the tubular outer housing is sandwiched between the duct body and the fitting portion,
A suction fan is installed on the suction port side of the duct, and the duct has a bypass passage that does not pass through the suction fan,
A hinge rotatable damper plate is installed in the bypass passage, and the damper plate rotates by the pressure of the air naturally introduced into the suction port, while external air flows into the bypass passage. Characterized in that, Battery pack cooling system.
 제1항에 있어서,
상기 배터리 셀은 원통형 배터리 형태를 가지며,
상기 히트 파이프는, 상기 히트 파이프가 접촉하는 배터리 셀들의 외주면에 대응하는 파형의 접촉면을 갖는 것을 특징으로 하는, 배터리 팩 쿨링 시스템.
According to claim 1,
The battery cell has a cylindrical battery shape,
The battery pack cooling system, characterized in that the heat pipe has a contact surface of a waveform corresponding to the outer circumferential surface of the battery cells that the heat pipe contacts.
 제1항에 있어서,
상기 히트 싱크는 상기 배터리 모듈의 양측에 각각 배치되어 상기 배터리 모듈의 양측으로 방열이 수행되는 것을 특징으로 하는, 배터리 팩 쿨링 시스템.
According to claim 1,
The battery pack cooling system, characterized in that the heat sink is disposed on both sides of the battery module to dissipate heat to both sides of the battery module.
 제3항에 있어서,
상기 히트 파이프는, 상기 배터리 모듈의 일측에 배치된 히트 싱크로 열을 전달하는 제1 히트 파이프, 및 상기 배터리 모듈의 타측에 배치된 히트 싱크로 열을 전달하는 제2 히트 파이프를 포함하며, 상기 제1 히트 파이프와 상기 제2 히트 파이프 사이에는 갭이 존재하는 것을 특징으로 하는, 배터리 팩 쿨링 시스템.
According to claim 3,
The heat pipe includes a first heat pipe that transfers heat to a heat sink disposed on one side of the battery module, and a second heat pipe that transfers heat to a heat sink disposed on the other side of the battery module. A battery pack cooling system, characterized in that a gap exists between the heat pipe and the second heat pipe.
 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 히트 싱크는 상기 덕트의 길이방향으로 연장되고 상하로 배열된 복수의 방열판을 구비하는 것을 특징으로 하는, 배터리 팩 쿨링 시스템.
According to claim 1,
The battery pack cooling system, characterized in that the heat sink is provided with a plurality of heat sinks extending in the longitudinal direction of the duct and arranged vertically.
 제1항에 있어서,
상기 히트 파이프의 표면은 TAC(Tech Arc Coating) 공법으로 산화피막 처리된 것을 특징으로 하는, 배터리 팩 쿨링 시스템.
According to claim 1,
The battery pack cooling system, characterized in that the surface of the heat pipe is treated with an oxide film by a TAC (Tech Arc Coating) method.
 제1항에 있어서,
상기 배터리 팩 하우징의 내부 공간은 상기 덕트의 공기 유동 경로와 분리된 것을 특징으로 하는, 배터리 팩 쿨링 시스템.
According to claim 1,
The battery pack cooling system, characterized in that the inner space of the battery pack housing is separated from the air flow path of the duct.
 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 흡입구는 상기 전기차의 전방을 향하도록 설치되고, 상기 배기구는 상기 전기차의 후방을 향하도록 설치되어, 전기차 주행 중 흡입구로 외부 공기가 자연 유입되는 것을 특징으로 하는, 배터리 팩 쿨링 시스템.
According to claim 1,
The battery pack cooling system, characterized in that the intake port is installed to face the front of the electric vehicle, and the exhaust port is installed to face the rear of the electric vehicle, so that outside air is naturally introduced into the intake port while the electric vehicle is driving.
 제11항에 있어서,
상기 배터리 팩 쿨링 시스템은 상기 흡입팬의 구동을 제어하는 제어부를 포함하며,
상기 제어부는, 상기 전기차의 주행 속도를 획득하고, 상기 주행 속도가 설정 속도 이하이면 상기 흡입팬을 가동시키는 것을 특징으로 하는, 배터리 팩 쿨링 시스템.According to claim 11,
The battery pack cooling system includes a control unit for controlling driving of the suction fan,
The battery pack cooling system, characterized in that the controller acquires the driving speed of the electric vehicle, and operates the suction fan when the driving speed is less than or equal to a set speed. 삭제delete
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